电子发烧友App
电车空调那点事：集中热管理——热泵空调
燃油车空调制热VS电动车空调制热
在了解热泵空调是如何工作之前，先来看看电动车制热和燃油车制热有什么区别？
燃油车冬季空调制热时，是利用发动机的余热，对车厢内进行供暖；电动车空调制热有2种方式：一是通过车辆电池供能，用*PTC加热器进行制热。原理和吹风机一样，电能加热电阻丝后，鼓风机将热风吹出。热能都来自于电池，这种方式相对比较耗电；
二是通过热泵进行制热。即便是在冬天这种低温环境下，空气中依然存在热量。与家用空调工作原理相同，热泵通过蒸发吸热-冷凝放热原理将外部空气里的热量“搬运”到车厢内，既能温暖车厢，又可以节省能耗。
在电动车空调应用领域，特斯拉的热泵空调方案无疑是较早一批投入量产使用，且也是迄今为止较为有效的设计。
随着本世纪初特斯拉发出了唤醒世界电动车行业的号角，新能源技术不断演进，太阳能、燃料电池和特斯拉驱动器等新技术在汽车行业及家居空调行业有了质的飞跃，驱动着整个行业的快速发展与进步，而其中的特斯拉空调制热技术就是其中最重要的一部分。
特斯拉空调制热技术，是特斯拉公司专为汽车制造的空调制热技术，旨在普及更好的汽车制热系统，以提高舒适性及汽车安全，更好地保护我们的环境，而特斯拉空调制热技术也因此而受到许多车主们的青睐，受到关注和认可。
首先，特斯拉空调制热技术能带来更高的加温效率，采用高精度温度控制器，允许空调精准控制温度，最高可达摄氏55度，只需较少的时间就能让室内温度增加几十摄氏度，较低的着装让您在室内感受舒适的室温，而不用担心温度的过高或过低。其次，特斯拉空调制热技术还可以提高空调整体系统能效，也就是指特斯拉空调制热技术可以使汽车空调系统在最低的用电量去获得最高的加温效果，通过更先进的技术和特斯拉驱动器等设备，实现更好的制热能效及更低的耗电量，从而实现最节能的制热体验。
再者，特斯拉空调制热技术还能提供更好的安全性和舒适性，其使用的控温系统能更加精确、有效的控温，更直接地传递到用户身上，实现更加有效的控温效果，用户不用担心让室内温度太高或太低。此外， 特斯拉空调制热技术也可提供舒适度方面的好处。由于使用了高精度温度传感器让特斯拉空调制热技术可以更好的控制温度，可以减少室温波动，防止湿度和温度太低而感到不舒服，让您能在室内始终感受到舒适的室内温度。
最后，特斯拉空调制热技术还可以有效保护我们的环境，特斯拉空调制热技术只需较少的用电量就可达到更加高效节能的制热效果，用电量比一般空调制热技术更少，从而减少对环境的污染。这也阻止着温室气体高速上升，全面保护了环境及家居室内健康。
什么是热泵空调？
特斯拉的热管理系统中，有一个叫做“超级歧管”的设计，用来控制车辆在不同驾驶模式下热量的转移路径，以应对不同的热需求场景，可以把电机发出的热量搬运进驾驶室，从而提升能量的利用率，进而增加续航里程。
从整体的框架结构来看，特斯拉工程师设计的热泵空调方案覆盖面非常广，从纯电动车型的电池、电机和电控系统，到负责为座舱调节温度且为前挡风除霜的空调系统，可以说这是一套较为完备的热管理系统。
可能很多人对热泵空调并不是特别了解，那么首先我们来聊聊它的工作原理。热泵空调主要是利用冷媒介质在气态和液态来回转变的过程中，根据其蒸发吸热和冷凝放热的原理，以此来实现制冷和加热的最终目的。
热泵空调原理很简单，顾名思义，一般空调是制冷，它是把外界的热量搬运到车内，包括了环境中的热量、电机驱动单元工作时散发的热量，外界温度高于零摄氏度或更高时，热泵空调的效果很好，可以节省电能增加续航，还可以提前给车子预热，提升充电效率，热泵空调自然成了电动车不可忽略的一个卖点。
在热泵空调大批量装车以前，因为不能像燃油车那样利用发动机的废热为乘员供暖，所以在纯电动车型上常用的是PTC空调，它的制热原理是通过给热敏电阻通电，让电阻产生热量为座舱内部的乘员供暖。通俗点说就是为热敏电阻通多少电，它就能为乘员提供多少热量，相对而言热泵空调可以从外界的空气获取热量，在耗电量方面比PTC空调更低些。
PTC（这货叫“陶瓷发热片”），基本原理与“电热丝”是一样的，通电它就发烫。然后风一吹，出来就是暖气了。说白了，PTC就是一个“大型的热吹风机”，效果猛是猛，电表转的也是快……所以PTC制热最主要的问题就是耗电，继而影响电动汽车续航里程。
举个例子来说，PTC空调更像是在紧邻河边的低洼处挖出一道蓄水池，蓄水的时候只需要将堤岸凿出一道缺口，那么河水就会根据地心引力向下流的原理，不需要借助其它工具就能灌满整个蓄水池，但在这个过程中要耗费很多人力，去实时监测蓄水量的情况并及时去填堵缺口，同时还要实时观察堤岸缺口是否会有被冲垮的风险。
热泵空调，更像是在距离河边较远的高地挖出一道蓄水池，想要为其灌满河水就需要借助水泵、水管等工具，这样才能让河水从低处向高处流动，最终灌满整个蓄水池，整个过程中不需要浪费过多的人力去实时监控，虽然使用的工具相对多了些，但是综合来看会节省许多人力和精力。
其实从这个举例也可以看出，热泵空调因为使用了更多的零部件，其结构设计会更加复杂些，所以直接体现的是在成本方面会更高一些，这也是当下不少纯电动车型仍在用PTC空调方案的原因之一。
特斯拉的热泵空调优势在哪？
热泵空调是通过逆卡诺循环把热量搬运进来，最核心的地方是需要一个四通阀来实现制冷剂的换向操作，这就需要增加很多管路和零部件，在车子有限的空间达成这点是很难的，四通阀的改进成为了技术突破的关键。
它起到的作用，就是可以让“制冷剂”在空调系统里不仅可以“正向流动”还可以“反向流动”，从而实现制冷和采暖！那么“冷暖两用空调”在行业里的专业学名叫做啥呢？就叫“热泵”。
在制热过程中，它只是热量的“搬运工”，不生产热量，电池的电能只应用在“搬运”热量上，从而达到省电的初衷。
在相同的冬季采暖工况下，与传统电加热技术相比，采用热泵技术可降低50％～70％的制热能耗。
热泵在暖通行业其实早就见怪不怪了，1852年英国科学家开尔文就提出了热泵设想；1912年瑞士的苏黎世成功安装世界上第一套热泵系统；20世纪70年代，热泵工业进入了黄金时期；21 世纪，随着“能源危机 ”出现，热泵成为当前最有价值的新能源科技；进入21世纪后，热泵在中国的应用越来越广泛....
特斯拉工程师研发的热泵空调，在结构和布局方面要比市场中的竞品稍微复杂些。特斯拉工程师为此发明出了不但可以实现制冷制热无缝切换又不占空间的八通阀：“超级歧管”，实际就是两个四通阀合并在了一起，这玩意每次旋转都对应着一条特定制冷剂的线路，其设计之精妙令人叹为观止，不但能保证车子制冷，而且可以从电池组、驱动单元和其他散热部件吸取多余热量，吸收热量的多少也可以很好的控制，让哪个部件工作，哪个部件闲置，它都可以灵活控制。
以特斯拉Model Y车型为例，它所搭载的热泵空调就包括有9条冷媒介质循环管路，这9条管路不仅在布局上错综复杂，同时在不同用车场景下冷媒介质的流动途径也不相同。
为了能够满足乘员的用车需求，精准的控制冷媒介质流动方向是一个非常重要的问题，所以特斯拉工程师们就把9条管路交汇在一起，在交汇的中心点装配一个八通阀，使用这项装置来控制冷媒介质该流向哪个方向。
特斯拉首创的八通阀，让整车热量得以“自产自销”，可以说是电动车热管理的天花板。升级后的特斯拉热泵空调技术，能在保证冬季续航的情况下，满足不同场景的制热需求。车主们在冬天远程对座椅、方向盘、空调进行预热，就是八通阀的功劳。
除此之外，特斯拉工程师设计的热泵空调，同时还由蒸发箱、冷凝器、蒸发箱散热器、冷凝器换热器、蓄液器、水泵和散热水箱等结构组成，在八通阀的控制下根据不同的用车场景，就可以让空调实现共12种制热模式和3种制冷模式。
除了能够实现以比PTC空调更低的消耗电量，借助车外空气中的热量做到为电池组保暖、除霜、除雾和为座舱供暖等基础的加热功能外，驱动电机等零部件在正常运转时产生的热量，也会为以上功能奉献出自己的一份余热。
不过值得注意的是，特斯拉研发的热泵空调也会受到车外环境温度的限制，在温度低于零下十度的场景因为空气中的热量会相应减少，所以热泵空调从环境中汲取的热量也会随之减少，不过零下十度这个门槛也能满足大部分国内的用车场景了。
在这种极寒的环境中，如果用完车将车辆停放在停车位上，因为开车的路途中打开了空调制热模式，座舱内部还是有一定热量存在的，热泵空调会将座舱内部的热量进行回收，把热量储存起来为电池组保暖保温。
在车辆充电的时候，因为特斯拉的超充桩功率相对较大，所以车辆的电池组等零部件也会产生一定热量，而且产生的热量比普通车辆要稍大些，此时热泵空调便会开启超充模式下的散热行为，将这些热量及时向外散出。
特斯拉热管理系统技术概述
特斯拉从 2008年第 1款电动汽车 Tesla Roadster上市，至今已经生产了5款电动汽车。按照时间序列和匹配车型，可把特斯拉电动汽车热管理系统技术可分为4代。以Tesla Roadster为代表，采用最早一代特斯拉热管理系统，结构相对简单，沿用传统汽车热管理系统思路，各个热管理回路相对独立。以 Tesla Model S/X为代表，采用特斯拉第2代热管理系统，引入四通换向阀，实现电机回路与电池回路的串并连切换，在行业内属于首创。以 Tesla Model 3为代表，采用特斯拉第3代热管理系统，通过引入电机堵转加热，取消电池回路高压正温度系数热敏电阻（Positive Temperature Coefficient, PTC）降低成本；乘员舱采暖仍然采用高压风暖 PTC，但通过从设计结构上进行改进，克服风暖PTC无法实现乘员舱温度分区控制的短板；同时结构上采用集成式储液罐，简化热管理系统结构布置，降低后期维护成本的目的。以Tesla ModelY为代表，采用特斯拉最新一代热管理系统技术，在特斯拉产品序列中首次采用热泵空调系统，与特斯拉提出的电机低效制热模式技术相结合，可应用于极端环境下乘员舱加热，同时取消乘员舱高压风暖PTC配置节约成本；在结构上采用高度集成的八通阀模块，对系统多个热管理系统部件进行集成，同时实现不同热管理系统工作模式的灵活切换。
特斯拉对电动汽车热管理技术进行不断的创新，从技术上和结构上提出了新的想法，引领行业发展，为电动汽车热管理系统技术的发展提供了新的思路。
3 特斯拉热管理系统技术详解
3.1 特斯拉第1代热管理系统
特斯拉第 1 代热管理系统应用于 Tesla Roadster车型，其热管理系统拓扑结构如图1所示，包含电机回路、电池回路、空调暖通（Heating Ventilation and Air Conditioning, HVAC）回路和空调回路，各回路功能相对独立，不同回路之间的耦合度相对较小。
电机回路上布置有驱动电机、电子控制单元、电子水泵、膨胀水箱、电机散热器和冷却风扇。其主要作用是对电机回路上各电子部件进行散热，保证各电子部件工作在合理的温度范围。
电池回路上布置有动力电池、热交换器、膨胀水箱、高压PTC和电子水泵。其主要作用是对动力电池进行温度调节控制，在低温环境下，对动力电池进行加热，改善动力电池的低温性能；在高温环境下，通过与空调系统交互的热交换器，对动力电池进行冷却，保证动力电池的性能和使用寿命。
HVAC回路上布置有散热器、高压PTC、鼓风机、热交换器和电子水泵。其主要作用是对乘员舱温度进行调节，在低温环境下，通过高压风暖PTC对鼓风机吸入的低温空气进行加热，为乘员舱进行采暖；在高温环境下，通过与空调系统交互的热交换器，对HVAC回路进行冷却，经散热器对鼓风机吸入的高温空气进行冷却，为成员舱进行制冷。
空调系统采用传统单蒸发器空调，回路上布置有压缩机、冷凝器、膨胀阀、热交换器和干燥瓶。由压缩机驱动冷媒工质进行制冷循环，通过热交换器对电池系统回路和HVAC系统回路进行制冷。
另外，电机回路和HVAC回路上布置有3个控制阀，可实现电机回路余热为HVAC回路加热的目的，在低温环境下，成员舱有制冷需求，通过HVAC回路的散热器对鼓风机吸入的低温空气进行预加热，节约高压PTC消耗的电能。
3.2 特斯拉第2代热管理系统
Tesla Model S/X车型采用特斯拉第2代热管理系统，相对于第1代热管理系统，集成度更高，首次引入四通阀控制结构，可实现电机回路与电池回路的串并联模式。另外，空调系统采用双蒸发器结构。其热管理系统拓扑结构如图2所示。
空调系统仍然采用传统空调，相对第1代系统，引入了成员舱内蒸发器和冷媒-水热交换器（Chiller），分别实现成员舱和电池回路的制冷。当成员舱有制冷需求时，通过空调冷媒在室内蒸发器内的相变吸热过程对乘员舱进行制冷，这种方式在第1代空调的基础上，取消了HVAC冷却回路，实现空调系统对乘员舱的直接制冷过程，制冷效果更好。空调系统与电池回路通过Chiller热交换器进行换热，可对空调制冷量进行精确分配，减小电池回路的主动冷却过程对乘员舱制冷舒适性的影响。当乘员舱有采暖需求时，采用高压风暖PTC进行乘员舱进气加热。
电机回路相较于第1代系统，增加了与电池回路相耦合的四通阀结构，另外对冷却部件有所调整，增加了车载充电机的冷却。在结构上，仍然采用外置低温散热器对回路进行冷却，但在此基础上，新增三通阀结构，可实现对外置低温散热器的短接，在不需要散热的情况下，较好地避免了多余热量的散失，为电机余热回收利用提供基础。
由于电池回路和电机回路采用同样的冷却工质，通过引入四通阀控制，可实现电池回路和电机回路的灵活交互。在整车冷启动工况下，当电池系统有加热需求，可调节四通阀的开启状态，实现电机回路和电池回路串联，使用电机系统的余热为电池系统进行加热，减少高压PTC为电池加热所消耗的电能。在环境温度低于一定值，同时电池有冷却需求，电机回路温度低于电池回路，可调节四通阀的开启状态，实现电机回路和电池回路串联，通过电机回路的散热器为电池系统进行冷却，节约空调系统为电池冷却所需要的能量消耗。
当整车运行工况、电池系统和电机系统的工作状态，不满足两热管理回路串联模式的情况下，则控制四通阀开启状态，实现两回路并联。对电机回路和电池回路的热管理需求进行独立控制。
特别指出，在最终量产车型上，实际热管理系统布置结构可能根据实际情况会有所调整，比如 TeslaModel S采用双冷凝器布置结构，而Tesla Model X采用单冷凝器布置结构。但其与图2所示的热管理拓扑结构没有本质的区别，在此不再单独叙述。
3.3 特斯拉第3代热管理系统
以Tesla Model 3为代表的车型采用特斯拉第3代热管理系统。相对于第2代热管理拓扑结构，没有本质上的差别，更多的是增加了一些新的技术应用，同时结构设计上更凸显集成化。在风暖PTC、驱动电机和储液罐结构设计上均有较大的技术创新，下面将分别进行介绍。
3.3.1 风暖PTC新技术
空调系统仍采用传统空调系统，主要用于乘员舱制冷和动力电池回路的主动冷却过程。乘员舱采暖仍然采用高压风暖PTC结构，但相对于第2代热管理系统，从风暖PTC的结构设计端进行了改进，克服风暖PTC无法实现分区控制的缺点。
特斯拉空调箱系统采用风暖PTC进行乘员舱加热，PTC采用正温度因子材料随长度变化的加热管。可实现驾驶座与副驾驶座的分区加热控制，风暖PTC加热体横跨驾驶侧风道与副驾驶侧风道，如图3所示。
风暖PTC加热器由多个加热芯组成，每个加热芯沿长度方向可分为8个单元，可对每个单元采用的正温度系数电阻材料用量进行设定，如图4所示。正温度系数电阻材料用量不同，在接通电流后，会产生不同的热量和表面温度，因而可实现2侧气体流道内的不同吹风温度。通过选择性地对1个或多个加热芯进行IGBT开关控制，最终实现驾驶侧和副驾驶侧的分区温度控制。
目前风暖PTC大多无法实现分区控制。特斯拉对热管理部件层面进行研究，在其他厂家普遍采用水暖PTC实现空调分区控制的情况下，特斯拉仍坚持采用风暖PTC技术路线，从部件的设计入手，在保留风暖PTC升温响应快的优点基础上，解决风暖PTC的短板，拓宽风暖PTC的使用场景。
3.3.2 驱动电机新技术
驱动电机采用油冷电机，与电机回路通过热交换器实现热量传递，同时电机新增低效制热模式，通过电机控制器新的控制方式，可实现电机发热模式，通过四通阀控制，实现与电池回路的串联，采用电机低效制热模式用于电池回路的加热，相应的取消电池回路的高压PTC，减少成本。采用电机低效制热模式对电池回路进行加热的运行如图5所示。
在极端冷启动工况下，电池有快速加热需求，在电机与电池回路串联的情况下，电机正常余热无法满足电池升温速率需求，则驱动电机进入低效制热模式。通过电机控制器调节电机定子线圈旋转磁场与转子永磁体的相位角，实现不同的电机效率。驱动电机进入电机低效制热模式，对电机定子线圈进行驱动生成热量，同时保证电机转子旋转或静止。
结合特别设计的电机润滑油流道，实现电机低效制热模式下的驱动电机热量转移，通过热交换器，把电机低效制热模式下生成的热量转移到电池回路，用于电池系统加热。电机低效制热模式可实现远大于电机普通驱动模式下的生热，因而可取消电池回路的高压PTC，节省系统成本。电机低效制热模式下的润滑油和热流量流动如图6所示。
3.3.3 集成式储液罐技术
传统热管理系统包含大量的热管理部件和管路，同时采用众多的软管和接头进行连接，增加了整个热管理系统运行过程中的失效风险点。另外，由于各部件安装位置不同，在整车装配过程中需要消耗大量的时间和人工成本。
特斯拉采用集成式储液罐设计，实现膨胀水箱与热管理系统的加热与冷却部件高度集成，如图 7 所示。该集成模块可以包含四通阀、电机水泵、电池水泵、Chiller热交换器、散热器和执行器等部件，通过结构改进，减少不必要的热管理系统管路和接头连接数量，简化热管理系统在整车上的装配工作量，节省整车装配时间和后期维护成本。
3.4 特斯拉第4代热管理系统
特斯拉第4代热管理系统应用于特斯拉最新车型Tesla Model Y，其热管理系统拓扑结构如图 8 所示。包含空调系统回路、电机系统回路和电池系统回路。
相对于特斯拉以往热管理系统，在Tesla Model Y车型上，特斯拉首次引入热泵空调系统。该空调系统主要是负责乘员舱的采暖和制冷功能。在结构上，该空调系统没有单独设置外置冷凝器，通过热交换器和管路连接，与电池回路和电机回路进行耦合，实现整个热管理系统的热量交互。
在使用驱动电机运行低效制热模式为电池系统加热的基础上，新增空调系统压缩机和鼓风机电机的低效制热模式。在极端低温启动情况下，控制空调压缩机和鼓风机的电机进入低效制热模式，作为电加热器使用，空调压缩机的电机可生成8 kW左右的热量，而鼓风机电机可产生400 W的热量，在取消乘员舱高压PTC，替换为2个低压PTC的情况下，能够保证热泵系统在-30 ℃环境下可靠稳定运行。同时改善热泵工作噪声，实现良好的NVH性能。
由于该热泵系统与电池回路通过热交换器实现耦合，而动力电池又具有质量大热容高的特点，动力电池也作为该热泵系统的1个热量存储装置，根据整车实际运行工况，判定是否为动力电池加热或从动力电池吸热。
Tesla Model Y 热泵空调系统采用了功能强大的整车热管理预调节工作模式，可通过 Tesla MobileApp、车载循环日程App和自适应推断程序进行控制，后面这一种可识别用户上班时间，同时推断出典型的驾车出发时间。
在结构上，特斯拉对Tesla Model Y的热管理系统进一步集成化，采用了集成歧管模块 [9] 和集成阀门模块。集成歧管模块把复杂的热管理系统管路进行集成，可有效的与集成阀门模块实现配合安装，集成阀门模块为八通阀结构，可看作是2个四通阀的集成。如图8中虚线框中所示。
3.5 特斯拉热管理系统技术发展时序
按照时间顺序对特斯拉电动汽车热管理系统技术进行汇总，如图9所示。
可以看出，随着上市车型的换代，特斯拉热管理系统技术也在不断地更新。伴随着热管理系统新技术的应用，在结构集成上，特斯拉也进行了不断的创新，不仅考虑热管理系统功能的实现，而且对整车装配以及后期维护便利性都作了统筹。
特斯拉这种从事物本身需求出发，即第一性原理（First Principle）,开拓思维勇于创新、不断探索新的问题解决方法，值得我们技术从业者进行学习。
所以：
（1）特斯拉第1代热管理系统设计相对简单，各回路相对独立，乘员舱空调系统采用间接制冷方式，采用阀门控制可实现电机回路余热对乘员舱加热。
（2）特斯拉第2代热管理系统较第1代热管理系统实现拓扑结构的升级，各热管理回路之间实现一定程度的交互，尤其新引入四通阀结构，可实现电池回路和电机回路的串并联，空调系统采用传统空调，乘员舱采用蒸发器直接制冷。
（3）特斯拉第3代热管理系统较第2代热管理系统在拓扑结构上没有大的变化，但在热管理系统部件上引入了大量的新技术应用，在热管理系统功能上，注重热管理系统能耗的优化，体现了精细化设计思路。
（4）特斯拉第4代热管理系统作为特斯拉最新一代热管理系统，实现了全新升级。首次引入了热泵空调系统，同时也对热管理系统拓扑结构进行了较大的改变，可实现较多的热管理系统功能，控制较为复杂。考虑到整车装配和后期维护的便利性，对热管理系统部件进行了高度集成，实现了结构集成化的目的。
特斯拉第一代热管理系统
系统架构原理图
第一代热管理系统应用在Model S和Model X上，共有三个回路：空调回路，电池回路，电机回路；主要区别主要是Model S乘员舱采暖依靠A-PTC，Model X将A-PTC更换为暖风，依靠电池回路中的W-PTC加热乘员舱。该方案通过一个四通阀，将电机热管理回路与电池热管理回路串联，并依赖多通阀的特性来切换不同回路的串并联，将电机热管理回路中的高温冷媒导入到低温电池回路中，对电池包进行加热。
国内厂商早期热管理技术普遍将电机、电池、汽车空调3大回路并联（如蔚来ES8、小鹏G3），直到2018年以后的第一代技术时才通过加入四通阀/三通阀将电机冷却回路和电池回路串联起来，实现电机余 热回收的功能。然而，特斯拉在 2013 年上市的 Model S中已设计出了这一功能。
系统模式循环图
空调回路
通过制冷循环实现乘员舱制冷
通过空气PTC实现乘员舱制热
电池回路-制冷循环
通过chiller一侧制冷剂循环与电池冷却液回路耦合吸收电池中的热量，降低电池温度
电池回路-采暖循环1
通过水PTC加热实现电池升温
电池回路-采暖循环2
通过电驱余热+水PTC加热实现电池升温
电驱回路-制冷循环1（小循环）
基于冷却液较大的比热值，通过电驱回路自循环维持电驱系统温度
电驱回路-制冷循环2（小循环）
基于冷却液较大的比热值，和电池及保温层吸热，维持电驱系统温度，循环与电池采暖循环2一致
电驱回路-制冷循环3（大循环）
通过低温散热器向环境中散热保证电驱系统温度不会过高
特斯拉第二代热管理系统
第二代热管理系统应用在Model 3车型上，相比一第一代系统，第二代系统使用了Supper bottle集成阀体，通过将2个电子水泵、1个 chiller、1个三通阀和1个四通阀组装在一起，实现了热管理回路中阀、泵、交换器的初步集成，能够极大地节省回路中不必要的阀体和泵体数量以节省成本，简化管路结构以降低整车质量。
在Model 3的系统中，特斯拉还可以通过优化管路设计，将ADAS控制器和电池包管理模块整合入冷却回路中，并且加入油冷模块来辅助冷却，大幅提高热管理效率。
第二代系统另外一个技术两点则是使用电机堵转制热技术取代W-PTC产生热量，满足电池的加热需求。
相较于Model S 节省了：1个W-PTC、1个电子水泵、1个膨胀水壶、1个三通阀、1个 冷凝器、2个电子风扇，还有部分管路。
系统架构图
系统模式循环图
空调回路
通过制冷循环实现乘员舱制冷
通过空气PTC实现乘员舱制热
电池回路-电池制冷循环
通过chiller一侧制冷剂循环与电池冷却液回路耦合吸收电池中的热量，降低电池温度
电池回路-制热循环
在加热模式下，电池和功率电子的回路串联在一起，并旁路主的散热器，使得热量集聚。当电池需要加热的时候，冷却液被泵送到后方的管理模块，进入驱动单元中的油冷却热交换器以获取热量，通过集成阀从散热器转移并直接通过冷却器来加热电池。特斯拉实际上利用电机堵转产生大量的热量来加热电池，可以省一个水热加热器。
电驱回路-制冷循环1（小循环）
制冷循环2即电池采暖循环
电驱回路-制冷循环2（大循环）
特斯拉第三代热管理系统
Model Y上使用了第三代热管理系统， 四大亮点技术：
（1）阀体集成技术
（2）电机堵转技术
（4）多功能热泵技术
特斯拉工程师研发的热泵空调，其实就是囊括电池、电机和电控等系统于一体的热管理系统。不过这套热管理系统的功能比较全面，不仅能够利用车外环境的热量为车辆提供加热模式，甚至还能在用完车后把座舱内部的余热回收，这样的设计思路可谓是有效利用了全车内外的热量，在尽可能减少使用电池组电量的情况下，去解决纯电动车型在寒冷环境续航打折的问题。
据说特斯拉甚至还在计划针对风扇，采用类似控制电机的PWM（交流电压）无极调速取代传统的电阻调速，因为电阻会发热消耗电量。
总之，特斯拉就是想通过一切数字化硬件手段，建立一个缜密的“热能产生与回收系统”，基本做到能量自产自销，不向外界宣泄，这才是智能汽车的进化方向。
热泵空调的缺点：
动力电池热管理的普遍要求是电芯温度区间控制在10℃-45℃，不同电芯的温度差控制在5℃-8℃。
为了达到这个温度区间目标，有四个措施：
加热：PTC，液热，热泵
散热：自然冷却、风冷、液冷、冷媒直冷
保温：模组保温、箱体保温
热均衡：利用加热、散热、保温，来保障不同电芯的温度差在一定范围内
其中，急需解决的实际是加热问题，这也是目前电动汽车普遍的弱项，也是提高冬季续航的关键点。
温度其实也对热泵有着很重要的影响。特斯拉Model Y给出了这样的一张图表。
实际上，当COP变为1时，热泵系统近乎于不工作状态，此时环境温度大概在-20℃左右；这个温度除非东北地区，一般比较少见；那么在更高一点的-10℃-0℃区间，北方的天气大部分都能达到这个气温，特斯拉Model Y热泵空调的COP在1-2之间，这个数值其实差强人意，只是比PTC强一些。特斯拉的策略是在这个区间启动辅助PTC，帮助制热。超过0℃后就是热泵空调最佳的区间了，10℃便可以超过2.5，节能效果十分出色。
热泵空调目前最大问题还是气温，对于寒冷地区，还是不够方便，不过应对一般的北方地区，对于续航的影响必然要小于PTC车型的影响。
除了系统本身存在的先天性问题，在产品上热泵也存在一定制约。热泵系统由四个核心零部件组成，分别是：电动压缩机、四通换向阀、换热器和电子膨胀阀，其他零部件和传统空调相同，但价格方面却相差不小。
特斯拉还使用了八通换向阀，相比传统热泵的四通换向阀价格更高，因此对于特斯拉来说可能还要多一部分八通阀的价格。
热泵空调虽然价格较高，但好在整体系统方案和零部件供应商已经成为体系。无论国内还是国外都已经形成较为完善的系统解决方案和零部件产品。
国外以法雷奥、博世、电装、马勒等企业为主。这些国际品牌占据了全球55%以上的电动车热管理市场。其中电装的经验尤为丰富，丰田、日产、雷诺的热泵系统皆来自于这家企业。从2013年推出热泵空调以来，它积累了大量经验，它的最新产品可以将热泵空调应用在-10℃的环境，比2013年的初代产品节能63%。
与国外供应商全套系统方案的提供不同，国内供应商在零部件方面更有优势，而且已经做到了全覆盖。比如奥特佳、三花智控等，其中奥特佳的电动压缩机就是特斯拉Model Y热泵系统的零部件，还有异军突起的格力。格力曾发布过整套的车载热泵系统，其最低使用温度可以到-30℃，里面应用了一系列格力的最新空调技术。
事实上目前采用集成式热管理技术的除了特斯拉以外还有凯迪拉克，这点估计很多人还不知道，去年凯迪拉克发布的LYRIQ用的热管理系统，也不错，而且从目前的资料来看，LYRIQ采用的是个综合效果、成本等完善度更高的解决方案。接下来我先说下原因，至于实际表现如何还有等我们以后有机会去验证一下。
凯迪拉克这套热管理系统官方称为「BEV Heat高效综合热管理系统」，为方便，后面直接简称BEV Heat系统。
既然属于“集成式热系统”，BEV Heat系统当然有之前说的集成式热系统的优点：集成度高，能量利用率高，对续航里程影响小。
相比于传统汽车设计的高压电加热和空气热泵管理系统，BEV Heat系统将整车的热量传递线路以及整车的热量散发和回收都进行了统筹规划，将自身的循环系统做了闭环，把原本被传统热管理系统所放弃的能量再次利用起来，最大化的实现能源的使用效率，而且在这个过程中也给电池带走了多余废热、带来了持续的保温，相当于让电池处于一个温差小的状态，这样既提高了安全性，也让电池的寿命延迟了。
审核编辑：黄飞
工商网监
评论